JPH0823917B2 - 超音波ドツプラ式移動物体検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は超音波ドップラ式移動物体検知装置に関す
る。

〈従来の技術〉 例えば、主導路の交通量に比べてこれに交差する従道
路の交通量が非常に少ない交差点においては、常時主道
路側の信号機を青にしておき、従道路側に車両等が到来
したときにこれを検知して信号機を変化させることによ
って交差点での交通を円滑にするような制御方式（半感
応制御）がとられている。

そして、従道路側の車両感知器として超音波ドップラ
式移動物体検知装置が使用されている。

かかる超音波ドップラ式移動物体検知装置の従来例を
第６図に示し説明する。

図において、１は超音波振動子を備えた送受器で駆動
回路２からの交流電圧出力によって駆動される。３は受
信アンプ、４は混合器、５は局部発振器、６は帯域フィ
ルタ、７はアンプ、８は信号処理回路、９は感知出力回
路である。

かかる構成において、駆動回路２からの駆動出力によ
って送受器１から超音波（例えば25kHz）が例えば20ms
の時間を一定周期（60〜90ms）で放射され、その反射波
が送信周期の間に送受器１を介して取込まれ受信アンプ
３により増巾され、混合器４で局部発振器５から出力さ
れる周波数（例えば24.4kHz）により復調され帯域フィ
ルタ６によりドップラ偏移分だけを抽出している。即
ち、車両がないときには、反射波の周波数は送信周波数
と同じであり、混合器４からはこの場合600Hzのうなり
周波数が得られるがこれを帯域フィルタ６の遮断点とし
てカットする。一方、車両が接近しているときには、反
射波の周波数は送信周波数より高い周波数（車速が速い
ほど高い）となり、この場合、600Hzより高いうなり周
波数が得られ帯域フィルタ６により抽出される。そし
て、抽出されたドップラ偏移分の周波数信号をアンプ７
で増巾した後、信号処理回路８により、一定時間内に波
数が所定値以上あるか否かを判定し、所定値以上あれば
この判定信号に基づいて車両有りの信号を感知出力回路
９から出力される。

このように、従来では送信周波数に対して受信周波数
が高いか否かに基づいて帯域フィルタ６により、車両の
有無を判別すると共に、信号処理回路８により風等の突
発的な周波数変化の影響を取除くようにしている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところで、接近車両の速度が低くなる程ドップラ偏移
分は微少になり例えば速度5km/hの車両の場合は25kHzの
送信波に対して約200Hzである。従って、このような低
速の車両を検知するには急峻な遮断特性を有する帯域フ
ィルタが必要であり、現状では5km/hまでが限界でこれ
よりも低速で接近する車両の検知は難しかった。

このため、渋滞時に車両検知機能が動作しない惧れが
ある。

本発明は上記の実情に鑑みてなされたもので、超低速
で接近する車両をも検知することが可能な超音波ドップ
ラ式移動物体検知装置を提供することを目的とする。

〈問題点を解決するための手段〉 このため本発明は、一定の周波数の超音波を放射しそ
の放射領域内を通過する移動物体からの反射波を受信し
て、前記送信周波数に対する反射波の周波数変化に基づ
いて移動物体を検知する超音波ドップラ式移動物体検知
装置において、前記反射波をパルス信号に変換する波形
整形手段と、前記放射超音波の送信周波数と同一のパル
ス信号を発振するパルス発振手段と、前記両手段の同一
時間で発生するパルス波数の差を所定周期毎に計測する
パルス波数差計測手段と、該パルス波数差計測手段の計
測値を記憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された前
回値と今回値との差が所定値以内か否かを判定する判定
手段と、該判定手段が所定値以内であると判定したとき
前記計測手段の計測値を積算する積算手段と、該積算手
段の積算値が予め定めた所定時間内に所定値以上になっ
たとき移動物体の検知出力を発生する検知出力発生手段
とを備えて構成した。

〈作用〉 上記の構成によれば、高速で移動する物体では、放射
領域の通過時間が短く積算回数が少なくなるが、超音波
の送信周波数と反射波の周波数の差（ドップラ偏移分）
が大きく１回毎の波数差計測値が大きいので、正常であ
れば十分に積算値が判定値を越え検知できる。一方、低
速で移動する物体は、ドップラ偏移分が小さく１回毎の
計測値は小さいが、放射領域の通過時間が長く積算回数
が多くなるので、同じく積算値が判定値を越えることに
なる。従って、積算時間と判定値を適切に設定すること
により、これまで以上の低速の移動物体を検知すること
が可能である。また、波数差の今回と前回の計測値を比
較してその差が異常に大きいときはそのときの測定値を
異常値とすることによって、停止物体からの反射波が風
等によって突発的に変化した場合と区別することができ
る。

〈実施例〉 以下本発明の一実施例を説明する。

本実施例の構成を示す第１図において、11は超音波振
動子駆動用の一定周波数（例えば25kHz）の送信出力を
送信アンプ12を介して送受器13に送信する駆動回路であ
る。前記送受器13は、一定の領域に向けて超音波を放射
すると共に前記領域からの反射波を受信する。受信され
た反射波は受信アンプ14、ノイズ除去用の帯域フィルタ
15を介してコンパレータ16に入力される。コンパレータ
16は反射波が所定の基準値以上になったときＨレベル出
力となるもので、ここで反射波をパルス信号に変換して
おり波形整形手段に相当する。17はコンパレータ16の出
力するパルス間隔を検定し、停止物体からの反射波の周
波数（送信周波数25kHzの場合は40μｓ）に相当するパ
ルス間隔以上のときに異常判定信号を出力するパルス巾
検定回路である。18は駆動回路11の送信出力周波数と同
じ周波数（25kHz）のパルス信号を出力する発振回路、1
9はインバータ20を介して入力される前記コンパレータ1
6のパルスをカウントし所定個数Ｎになったときカウン
トアップ出力を発生する第１カウンタ、21は前記パルス
発振回路18のパルスをカウントし同じく所定個数Ｎにな
ったときカウントアップ出力を発生する第２カウンタで
ある。

22は前記第１カウンタ19の出力でセットされ、前記第
２カウンタ21の出力でリセットされるＳ・Ｒ−フリップ
フロップ（以下Ｓ・Ｒ−Ｆ・Ｆとする）で、そのＱ端子
出力は、AND回路23に入力しており、該AND回路23の他方
の入力には、発振回路24からの例えば周波数1MHzのパル
ス信号が入力されている。これらパルス発振回路18、第
１及び第２カウンタ19、20、Ｓ・Ｒ−Ｆ・F22、AND回路
23及び発振回路24を含んでパルス波数差計測手段が構成
され、送信波と反射波との同一時間で発生するパルス波
数の差を計測している。

25はコンパレータ16のパルス出力と第２カウンタ21か
らそのカウント値がＮ＋αになったとき出力されるリセ
ット信号とが入力するAND回路、26はAND回路25とパルス
巾検定回路17の異常判定信号が入力するOR回路、27はOR
回路26の出力と第２カウンタ21のカウントアップ出力が
入力し、どちらかの入力がＨになったとき前記Ｓ・Ｒ−
Ｆ・F22にリセット信号を出力するOR回路である。

31はＳ・Ｒ−Ｆ・F22の出力がCP入力端子に入力する
Ｄ−フリップフロップ（以下、Ｄ−Ｆ・Ｆとする）で、
そのＱ端子出力はAND回路32、35に入力し、端子出力
はＤ入力端子に入力すると共にAND回路33、34に入力し
ている。前記AND回路32、34の他方の入力には、AND回路
23の出力が入力し、当該AND回路32、34の出力は波数差
計測値を交互に記憶する記憶手段としての第１及び第２
メモリ36、37のCK入力端子に入力している。またAND回
路33、35の他方の入力には、OR回路26のリセット出力が
入力し、当該AND回路33、35の出力は第１及び第２メモ
リ36、37のＲ（リセット）端子に入力している。

38は前記第１メモリ36と第２メモリ37の記憶値を比較
しその差が所定値以内か否かを判定する判定手段として
の判定回路、39は判定回路38の判定結果が所定値より大
で異常と判定した回数をカウントする異常回数カウンタ
で、そのカウント値が所定回数ＭになったときOR回路40
を介して第３カウンタ41のリセット信号を出力する。

前記第３カウンタ41は、AND回路23から出力される波
数差計測値を積算する積算手段を構成するもので、駆動
回路11に同期して駆動するタイマ42によりその積算時間
が制御され、タイマ42から所定周期で出力されるリセッ
ト信号間の時間内においてその積算値が所定値以上にな
ったときカウントアップ出力を発生する。43は第３カウ
ンタ41のカウントアップ出力が入力したときに移動物体
の検知出力を発生する検知出力発生手段としての検知出
力回路である。

次に作用を説明する。

駆動回路11からは一定周期（例えば60〜90ms）で、例
えば25kHzの送信出力が出力されると送信アンプ12で増
巾され送受器13の超音波振動子を振動し所定の領域に超
音波が放射され、この放射された超音波は領域内の物体
で反射しその反射波が送受器から入力する（第２図参
照）。入力した反射波は受信アンプ14で増巾され帯域フ
ィルタ15でパルス状のノイズが除去された後、コンパレ
ータ16に入力し、ここで第３図（Ａ）のようなパルス信
号（デジタル信号）に置換えられる。コンパレータ16の
出力はインバータ20を介して第１カウンタ19に入力し、
そのパルス数がカウントされる。この際に、パルス発振
回路18からも送信周波数と同じ周波数（25kHz）のパル
ス信号（第３図（Ｂ））が出力され第２カウンタ21によ
て第１カウンタ19と同時にカウントが開始される。各カ
ウンタ19、21はそれぞれ所定個数Ｎをカウントしたとき
カウントアップ出力をそれぞれ出力する（第３図
（Ｃ），（Ｄ）参照）。

この場合、接近する移動物体からの反射波ときには、
ドップラ効果によりその周波数が送信周波数に対して高
くなるため、パルス間隔が送信波の間隔40μｍよりも短
く（40−ａ）μｍとなる。尚、ａは移動物体の速度によ
り異なり高速になるほど大となる。

従って、そのドップラ偏移分に応じて第１カウンタ19
のカウントアップ時間が第２カウンタ21のカウントアッ
プ時間よりも早く、Ｓ・Ｒ−Ｆ・F22はその時間に応じ
たパルス巾のパルス信号を出力する（第３図（Ｅ）参
照）。

Ｓ・Ｒ−Ｆ・F22の前記パルス出力はAND回路23に入力
されこの入力している間だけ、発振回路24の周波数1MHz
のパルス出力に同期してAND回路23からパルスが第３カ
ウンタ41に出力される（第３図（Ｆ）参照）。

そして、第２カウンタ21のカウント値がＮ＋αになる
と、AND回路25にリセット信号が出力され、その後コン
パレータ16からパルスが出力されたときAND回路25及びO
R回路26を介してパルス発振回路18、第１及び第２カウ
ンタ19、21が同時にリセットされ（第３図（Ｇ））、反
射波がなくなるまで再び前述と同様のカウント動作を繰
り返す。

一方、第３カウンタ41は駆動回路11の所定周期（例え
ば４周期）毎の送信開始時に同期して出力されるタイマ
42のリセット信号によってリセットされるようになって
おり、リセットからリセットまでの間（所定時間）にAN
D回路23から入力するパルス数を積算カウントする。そ
して、前記リセットからリセットまでの所定時間内にそ
の積算値が所定値以上になるとカウントアップ信号を検
知出力回路43に出力し、該検知出力回路43から移動物体
有りの検知出力が発生する（第４図参照）。また、積算
値が所定値に満たなければ移動物体無しとして検知出力
は発しない。第３カウンタ41はタイマ42からのリセット
信号によってリセットされ次の検知動作に備える。

ところで、本装置では上述の積算過程においてＳ・Ｒ
−Ｆ・F22のセット時間、即ち出力パルス巾の前回値と
今回値を常時比較してその差が大きいときには反射波の
周波数変化が風等による突発的なものと判定して積算値
をリセットするようにしており、以下にその動作につい
て第５図を参照しながら説明する。

Ｓ・Ｒ−Ｆ・F22から出力が発生するたびに、Ｄ−Ｆ
・F31のＱ端子と端子の出力が切換わる。前記Ｑ端子
出力は第１メモリ36のCK端子に接続するAND回路32と、
第２メモリ37のＲ端子に接続するAND回路35に入力し、
第１メモリ36のクロック受付け及び第２メモリ37のリセ
ット受付けのイネーブル信号になっており、前記端子
出力はその逆で、AND回路33,34に入力して第１メモリ36
のリセット受付け及び第２メモリ37のクロック受付けの
イネーブル信号になっている。

従って、Ｑ端子出力がＨになると、その間第１メリ36
のCK端子に発振回路24からのカウント信号がAND回路2
3、32を介して入力されその数を記憶する。次のＳ・Ｒ
−Ｆ・F22の出力によって端子出力がＨになると、今
度は第２メモリ37がクロック受付け可能となり発振回路
24からのカウント信号が入力され記憶する。そして、第
１メモリ36に記憶された前記値と第２メモリ37に記憶さ
れた今回値とは判定回路38で比較され、その差が所定値
以上のときには異常と判定して異常回数カウンタ39のカ
ウント値をカウントアップする。異常回数カウンタ39の
カウント値が所定値Ｍになるとリセット信号がOR回路40
を介して第３カウンタ41に出力され第３カウンタ41をリ
セットする。この際、第３カウンタ41へのリセット信号
によって第１及び第２メモリ36、37もリセットされる。

こうすることにより、周波数変化が大きい反射波のと
きには、移動物体ではなく風等によるものとして検知出
力を出さないようにして誤動作を防止している。また、
反射波の周波数が送信周波数より低いときには、コンパ
レータ16から出力されるパルスの間隔が長くなりパルス
巾検定回路17がこれを検知して異常判定信号を出力しパ
ルスカウント動作を停止させている。

尚、第２メモリ37に今回値が記憶されると同時に、第
１メモリ36はＤ−Ｆ・F31のの端子出力によってリセ
ット可能状態になり、第２メモリ37に今回値が記憶され
た後の第５図に示すOR回路26からのリセット信号によっ
て第１メモリ36はリセットされ次回値の記憶動作に備え
る。第２メモリ37についても同様第１メモリ36の記憶動
作後リセットされる。このようにして第１及び第２メモ
リ36、37にはそれぞれ前に記憶している記憶値がリセッ
トされながら前回値と今回値とが入れ換り記憶されるも
のである。

また、第１及び第２メモリ36、37において、電源投入
直後や第３カウンタ41へのリセット信号によりリセット
されたときのように、両メモリ36、39内に記憶値がない
場合、最初と比較判定は、一方のメモリ内に記憶値がな
く必ず異常判定になるため、異常回数カウンタ39のリセ
ット信号発生のカウント値はＭは少なくとも２以上にす
る必要がある。

以上のような構成によれば、従来では移動物体の速
度、即ち、送信波と反射波の周波数差（ドップラ偏移
分）だけで判定しているのに対し、本発明では速度に加
えて領域通過時間を判定要素に加え低速の移動物体は領
域通過時間、言い換えれば感知時間を長くとることがで
きることを利用しており、即ち、ドップラ偏移分の一定
時間内における積算値で判定しているので、従来検知が
困難であった超低速、例えば2km/hまでの移動物体も検
知することが可能である。また、例えば、道路交通制御
用に超音波ドップラ式移動物体検知装置を適用する場
合、２輪車以上は検知したいが人間は検知したくないと
いう要求が多い。この場合、感知領域を通過するのに要
する時間は同一速度としたとき２輪車以上の方が車長分
だけ長くなることから、本発明の方式によれば同一速度
でもドップラ偏移分の積算値が２輪車以上の方が車長分
だけ人間より多くなるため、従来方式よりも高い確率で
人間と２輪以上を区別することができるという効果もあ
る。

更に、従来はアナログ回路が中心であり、フィルタ回
路、混合器等の復調回路構成等が複雑で、温度補償の必
要性があり不安定要素が多ものであったが、本発明のも
のはアンプ系と簡単なフィルタ等を除けば他はディジタ
ル回路で構成されているため安定性が良く、またディジ
タル回路部分をIC化することによってコンパクト化する
ことができる。

尚、本実施例では、第１及び第２メモリの各記憶値の
差が異常なときには第３カウンタをリセットしてそれま
での積算値をリセットする構成としたが、例えば第３カ
ウンタの前段にメモリ等の処理回路を介在して異常判定
のときにはその回の計測値を第３カウンタに取り込まず
無効（積算しない）とする構成としてもよい。

〈発明の効果〉 以上述べたように本発明によれば、一定時間内におけ
るドップラ偏移分の積算値によって移動物体の有無を判
定する構成としたもので、ドップラ偏移分が小さく従来
では検知が難しかった超低速で接近する移動物体でも、
感知領域通過時間が長いためドップラ偏移分の積算値は
大きくなり判定値を適切に設定することにより十分検知
することが可能である。また、ドップラ偏移分の前回値
と今回値とを比較してその差が大きければ異常と判定し
ているので、風等に起因する誤動作を防止できる。更に
は、回路構成が主としてディジタル回路からなっている
ので、安定性が良いと共にIC化による小型化が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は同上実施
例の送信波と反射波の送受状態を示す図、第３図はドッ
プラ偏移分のカウント動作を説明するための出力タイム
チャート、第４図はドップラ偏移分の積算動作を説明す
るためのタイムチャート、第５図はドップラ偏移分の計
測値の記憶動作を説明するための出力タイムチャート、
第６図は従来例の概略構成図を示す。 11……駆動回路、13……送受器、16……コンパレータ、
18……パルス発振回路、19……第１カウンタ、21……第
２カウンタ、22……Ｓ・Ｒ−Ｆ・Ｆ、23……AND回路、2
4……発振回路、26……OR回路、31……Ｄ−Ｆ・Ｆ、32
〜35……AND回路、36……第１メモリ、37……第２メモ
リ、38……判定回路、39……異常回数カウンタ、41……
第３カウンタ、42……タイマ、43……検知出力回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一定の周波数の超音波を放射しその放射領
   域内を通過する移動物体からの反射波を受信して、前記
   送信周波数に対する反射波の周波数変化に基づいて移動
   物体を検知する超音波ドップラ式移動物体検知装置にお
   いて、前記反射波をパルス信号に変換する波形整形手段
   と、前記放射超音波の送信周波数と同一のパルス信号を
   発振するパルス発振手段と、前記両手段の同一時間で発
   生するパルス波数の差を所定周期毎に計測するパルス波
   数差計測手段と、該パルス波数差計測手段の計測値を記
   憶する記憶手段と、該記憶手段に記憶された前回値と今
   回値との差が所定値以内か否かを判定する判定手段と、
   該判定手段が所定値以内であると判定したとき前記計測
   手段の計測値を積算する積算手段と、該積算手段の積算
   値が予め定めた所定時間内に所定値以上になったとき移
   動物体の検知出力を発生する検知出力発生手段とを備え
   たことを特徴とする超音波ドップラ式移動物体検知装
   置。